INERCJALNY SYSTEM NAWIGACYJNY

INS

Bezwładnościowe systemy nawigacyjne, nazywane też inercjalnymi (IRS - Inertial Reference System lub INS - Inertial Navigation System) są podstawowym środkiem nawigacji dalekiego zasięgu samolotów komunikacyjnych. Zliczają zmiany położenia SP w przestrzeni od punktu początkowego na zasadzie pomiaru parametrów lotu: czasu, zmian kierunku lotu we wszystkich osiach, przyspieszeń i danych aerodynamicznych.
Do pomiaru obrotu w przestrzeni służą żyroskopy (mechaniczne lub optyczne). Liniowe zmiany prędkości są mierzone przez przyspieszeniomierze (akcelerometry).

Polega na pomiarze (przy użyciu przyspieszeniomierzy) określonych co do kierunku przyspieszeń, obliczeniu prędkości drogą całkowania tych przyśpieszeń w funkcji czasu i obliczaniu przemieszczeń poprzez całkowanie tych prędkości. W ten sposób, znając prędkość początkową i położenie początkowe, określa się bieżącą pozycję.

Jeżeli nawigacja prowadzona jest w ziemskim układzie współrzędnych – co dotyczy nawigacji lotniczej czy morskiej – platforma stabilizowana, która niesie przyspieszeniomierze, określając kierunki, względem których mierzone są przyspieszenia, a z nich obliczane prędkości i przemieszczenia, jest odpowiednio orientowana względem Ziemi, poprzez wymuszanie precesji stabilizujących ją żyroskopów zgodnie z zasadą wahadła Schulera. System nawigacji bezwładnościowej wymaga jednak wprowadzenia wielkości początkowych, czyli ustawienia tak kątów, jak i położenia i prędkości

Większość współczesnych statków wyposażona jest i Intercjalne Systemy Nawigacji (ISN). Dokładność wyznaczenia prędkości, pozycji oraz orientacji przestrzennej zależy od błędów elementów pomiarowych (giroskopów, przyspieszeniomierzy), błędów wstępnej oriętacji oraz błędów obliczeń realizowanych przez komputer nawigacyjnych. Dokładność tę można poprawić przez analizę i rozwiązanie różniczkowych równań błędów.

Zostały wyprowadzone trzy modele równań błędów dla Intercjalnego Bezkardanowego Systemu Nawigacji (IBSN). Pierwszy model wyprowadzony został w wyliczonym układzie współrzędnych z wykorzystaniem macierzy cosinusów kierunkowych. Dwa pozostałe wyprowadzono w normalnym układzie współrzędnych z wykorzystaniem odpowiednio: macierzy cosinusów kierunkowych i kwaternionów. Pokazano możliwości uproszczeń rownań błędów.

Działający autonomicznie współczesny system bezwładnościowy jest w stanie wyznaczyć:
- aktualną pozycję statku,
- aktualną linię drogi i kąt znoszenia,
- przyspieszenia i prędkości kątowe względem trzech osi,
- kurs magnetyczny i rzeczywisty,
- prędkość
Jeżeli do przeliczników INS jest doprowadzona informacja o prędkości TAS, mogą one wyliczyć także kierunek i prędkość wiatru.

System inercjalny wymaga starannego wstępnego ustawienia punktu początkowego trasy. Zajmuje to od 2 minut (na równiku) do 15 minut.
Do okresowej aktualizacji wskazań (uzgadniania) żyroskopowych systemów odniesienia używano połączonych z nimi busol magnetycznych lub układów astronawigacyjnych. Obecnie stosuje się aktualizację wskazań za pomocą GPS i VOR/DME.

We współczesnych samolotach komunikacyjnych i wojskowych system bezwładnościowy jest z reguły jednym z elementów systemu zarządzania (FMS - Flight Management System), stanowiąc jednocześcnie źródło danych dla elektronicznych przyrządów pilotażowych (sztuczny horyzont, zakrętomierz i wariometr).
Systemy nawigacyjne samolotów komunikacyjnych są wyposażone w potrójny zestaw układów bezwładnościowych.
Średni czas bezawaryjnej pracy pojedyńczego układu bezwładnościowego wynosi około 12000 godzin. Prawidłowość funkcjonowania układów jest na bieżąco kontrolowana przez komputery wchodzące w skład FMS.